Teoria Bohra układów wodoropodobnych. Wstecz Dalej Zjawisko Comptona.

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE,
WYTWARZANIE PROMIENIOWANIA RENTGENOWSKIEGO


Fotoefekt.
Zjawisko fotoelektryczne. Zjawisko fotoelektryczne polega na uwalnianiu, pod wpływem światła, elektronów z powierzchni substancji. (Zjawisko to odkrył Hertz w 1887 r.)

Zjawisko fotoelektryczne.

Źródło światła wysyła światło monochromatyczne. Wewnątrz bańki promieniowanie pada na katodę (w bańce znajduje się okienko kwarcowe przepuszczające światło w szerokim zakresie długości fali - zwykła szyba zatrzymuje promieniowanie ultrafioletowe) wybijając z katody elektrony (zwane fotoelektronami) zbierane przez anodę. Układ elektryczny pozwala mierzyć natężenie prądu w zależności od napięcia U (regulacja).

Przy dostatecznie dużym U prąd osiąga stan nasycenia, czyli wszystkie emitowane elektrony docierają do anody. Natężenie prądu fotoelektrycznego jest równe zeru dopiero po przyłożeniu napięcia hamującego Uh (nawet najszybszy elektron nie dotrze do anody).


Zależność natężenia prądu fotoelektrycznego od przyłożonego napiecia.
Wykres zależności natężenia prądu fotoelektrycznego od przyłożonego napięcia.

Energia kinetyczna najszybszych elektronów (niezależna od natężenia światła padającego):
równanie 3-01
Napięcie hamujące jest niezależne od natężenia światła padającego, natomiast natężenie prądu nasycenia jest wprost proporcjonalne do natężenia światła padającego (liczba wybitych elektronów wzrasta). Napięcie hamowania Uh zależy liniowo od częstotliwości padającego światła. Istnieje ściśle określona częstotliwość, poniżej której zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi (częstotliwość progowa).

Zależność napięcia hamowania od częstotliwości padającego światła.


A teraz zapraszam do symulatora... ;-)

Legenda:
  Lámpara - lampa emitująca fotony;
  Cátodo - wybierz rodzaj katody;
  Longitud de onda - podaj długość fali;
  Intensidad de la luz - natężenie światła;
  Diferencia de potencial - różnica potencjału;
  Fotón - "wypuść foton";
  Datos - zachowuje wyniki w okienku powyżej - długość fali i różnicę potencjału
     (można potem przeprowadzić analizę wyników);
  No hay emisión - nie nastąpi emisja elektronu z katody.
Opis:
     Applet symuluje przebieg zjawiska fotoelektrycznego. Warto zauważyć, że przy źle dobranych parametrach wybity elektron nie dotrze do anody lub w ogóle nie zostanie wybity z katody!
Uwagi:
     Autorem appletu jest Angel Franco García, Universidad del País Vasco (Spain).
Zobacz jego stronę dotyczącą tego tematu.



Einstein.

Teoria Einsteina

  • Energia "zawarta" w fotonie związana jest z jego częstotliwością zależnością (teoria Plancka):
    równanie 3-02
  • Emitowany lub pochłonięty może być cały kwant energii.
  • Jeden foton padającego światła absorbowany jest przez jeden fotolelektron katody.
  • Energia całkowita fotoelektronu jest równa:
    równanie 3-03
    gdzie: W - praca przejścia potrzebna do uwolnienia fotoelektronu z metalu (siły przyciągania, zderzenia).
  • Częstotliwość progowa.
    Jeżeli fotolelektron posiada energię kinetyczną równą zero to: równanie 3-04, czyli padający foton o tej częstotliwości ma energię wystarczającą tylko na wydostanie się elektronu z metalu.
  • Energia kinetyczna maksymalna:
    równanie 3-05
  • Napięcie hamujące danego metalu (otrzymane z powyższego wzoru, po podstawieniu za EKmax wartości eUh)
    równanie 3-06
    (liniowa zależność napięcia hamowania od częstotliwości)
  • Elektrony wybijające są to tzw. elektrony przewodnictwa - elektrony swobodne. Ich energia wiązania jest rzędu kilku elektronowoltów.


Promieniowanie RTG.

Wytwarzanie promieniowania rengenowskiego

Promieniowanie X (rentgenowskie) należy do części promieniowania elektromagnetycznego o długości fali mniejszej niż 1 Â = 10-10m.

Lampa retgenowska
Shemat lampy rengenowskiej.

W wyniku żarzenia, z katody emitowane są elektrony, które są przyspieszane za pomocą różnicy potencjałów (kilka tysięcy wolt). Źródłem promieniowania jest tarcza, w którą uderza i zostaje zatrzymana wiązka elektronów.


Promieniowanie RTG.

Promieniowanie hamowania. W wyniku hamowania elektronów w materiale tarczy, tracą one swoją energię kinetyczną, która zostaje wyemitowana w postaci promieni X.

Rozkład widmowy promieniowania rentgenowskiego dla różnych wartości energii padających elektronów.
Rozkład widmowy promieniowania rentgenowskiego dla różnych wartości energii padających elektronów.

Kształt krzywej rozkładu nieznacznie zależy od materiału tarczy oraz napięcia przyspieszającego, natomiast minimalna długość fali dla danej wartości energii elektronów padających na tarczę zależy wyłącznie od V (nie zależy od rodzaju tarczy).
Elektron w wyniku oddziaływania, za pośrednictwem pola culombowskiego, z ciężkim jądrem atomu tarczy (zderzenie) przekazuje jądru pewien pęd. Zmienia się zatem jego energia kinetyczna (E = p2/2m). Powoduje to wypromieniowanie fotonu o energii

równanie 3-07
gdzie Ek' to energia kinetyczna elektronu po zderzeniu.
Długość fali fotonu:
równanie 3-08
Foton o najmniejszej długości fali wystąpi wtedy, gdy elektron podczas jednego zderzenia (hamującego) straci całą swą energię kinetyczną.
energia elektronu = energia fotonu
równanie 3-09
równanie 3-10.gif
Normalnie elektron traci swą energię w wyniku wielu zderzeń (dlatego obserwujemy ciągłe widmo promieniowania).
W wyniku oddziaływania elektronów z wiązki padającej z elektronami tarczy (związanymi z atomami), następuje wzbudzenie atomu anody. Atom ten powracając do stanu podstawowego emituje serię fotonów wysokoenergetycznych (o dużej częstotliwości) - powstaje liniowe widmo rentgenowskie atomów anody.

Taka se osdópka.

Teoria Bohra układów wodoropodobnych.
Poprzedni temat.
Powrót do strony głównej.
Powrót do strony głównej.
Zjawisko Comptona.
Następny temat.